JPH0672962B2 - 回折格子形成方法及び装置 - Google Patents

回折格子形成方法及び装置

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JPH0672962B2
JPH0672962B2 JP60158169A JP15816985A JPH0672962B2 JP H0672962 B2 JPH0672962 B2 JP H0672962B2 JP 60158169 A JP60158169 A JP 60158169A JP 15816985 A JP15816985 A JP 15816985A JP H0672962 B2 JPH0672962 B2 JP H0672962B2
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    • G02B5/1847Manufacturing methods
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    • Y10S359/90Methods

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、回折格子形成方法及び形成装置に係り、特
に、光フアイバ通信の光源用の均一な回折格子から成る
DFB(分布帰還型、Distributed Feedback)レーザの作
製に適した、2光束干渉露光による回折格子形成方法及
び装置に関する。
〔発明の背景〕
第6図に示す従来のDFBレーザは文献1,エツチ・コーゲ
ルニク他、応用物理学会誌(H. Kogelnik,et al,J.App
l.Phys.),Vol.43,p.p.2327〜2335,1972に示すように、
2つの異なる波長λ(あるいは伝搬定数β)に対してし
きい値の縮退が生じるため、本質的に二波長発振状態を
とることになる。従つて、軸単一モード化を図ることは
文献2,テイー・マツオカ他,日本応用物理学会誌(T.Ma
tsuoka et al,Jpn.Appl.Phys.),Vol.23,p.p.L138−L14
0,1984に実験的に示されているように、劈開面と回折格
子の相対位置制御が必須の条件であつた。これを実現す
るための位置精度は±100Åの程度であり、通常の劈開
によつて制御するのは不可能である。これに対し、第5
図に示すように、素子のほぼ中央部において、回折格子
をπ/2だけ位相をずらすことにより、単一軸モード発振
が安定的に得られることが文献3,H.A.Haus.et.al,電気
電子技術協会,量子エレクトロニクス誌(IEEE J.Quant
um Electronics.),Vol.QE−12,p.p.532〜539,1976に報
告されている。このような位相シフトを有する回折格子
の作製には、文献4,K.Sekartedjo,et.al,エレクトロニ
クス・レターズ(Electron.Letter),1983,に示され
た、電子ビームによる直接描画による方法、また文献5,
稲葉重幸、他,電子通信学会光・電波部門全国大会,No.
265,昭和59年,に示された、ポジ,ネガの両レジストを
用いる方法が提案されている。ところが、電子ビーム直
接描画では、本質的にスループツトが悪いという問題点
があり、また、ポジ,ネガの両レジストを用いる方法で
は、レジストの厚さに分布が生じるため、得られる回折
格子の回折効率が素子の左右で非対称となり、単一モー
ド動作を得る には再現性が欠けるという問題点があつた。なお、第4
図及び第5図における符号1〜9及び81,82の詳細につ
いては、後述の実施例の項において述べる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、従来技術での上記した問題点を解決
し、同一基板上に周期が同一で位相の異なる回折格子を
再現性良く形成することができ、これにより、単一縦モ
ードレーザを再現性良く発生させることを可能とする回
折格子形成方法及び装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明では、上記目的を達成するために、レーザ光を少
なくとも2つの光束に分割した後に合波することで干渉
を生ぜしめ、この干渉に応じて速度あるいは性質が変化
する光化学反応を利用して物体面上、例えば半導体基板
面上、に回折格子を形成する方法及び装置において、上
記分割後の光束中の少なくとも一光束側で光の位相を調
整可能に変化させる形成方法及び上記分割後の光束中の
少なくとも一光束側に光の位相を調整可能に変化させる
光路長可変手段を配置した形成装置を採用する。
ある試料面上に照射する波長λの互いに相関のある2光
束があつて、それらのなす角を2θ,また、角度の中線
方向と試料面の法線とがなす角をδとすれば、試料面上
に、下記の周期Λの縞状模様ができる。
干渉模様の明線と暗線は、Nを任意の整数として、2光
束の位相差が2Nπ,(2N+1)πに等しいことに相当す
る。従つて、少なくとも一方の光束側に位相の遅延を生
ぜしめることにより、干渉縞の明線と暗線を反転させる
ことが可能となる。試料表面上で、干渉光による光化学
反応を用いることにより回折格子を得ることが可能であ
るが、第2図に示すような、光束中光軸に垂直な面の少
なくとも一部において適当な光路差を生ぜしめる物質を
第1図の位置21,22又は23に設置することで回折格子中
に適当な位相差を作成することが可能である。
ここで、光路差を生ぜしめる物質24の位置と、試料面15
との距離が大きく、物質24中で部分的に光路長を変化さ
せる領域が小さい時、これら2つの量の比に応じて、試
料15面上の回折格子のパターンが回折の効果によつてボ
ケることがある。この回折の効果を取り除くためにはレ
ンズ16等の結像光学系を物質24と試料面15の間に挿入
し、物質の光学的実像を試料面15近傍に局任させればよ
い。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を、従来例と比較しつつ説明す
る。実施例1第1図は本発明実施例の位相遅延干渉露光
装置の模式図、第2図は位相遅延の具体的な実施例を示
す模式図、第3図は結合光学系の第2の実施例を示す模
式図、第4図は従来の干渉露光装置の模式図である。第
4図従来例では、He−CdあるいはArレーザ等のレーザ光
源11からの放射されたレーザ光をビームスプリツタ12で
分割した後、それぞれの光をビームエキスパンダ131,13
2でビーム径を拡大した後、それぞれ鏡141,142で反射さ
せることで進行方向を変えて試料15面上で縞状の干渉模
様を得ていた。しかし、この従来例方式では、2つの光
束に対し、位相を調整する機構がないため、格子間隔は
等しく保つたまま位相の異なる回折格子を意図的に得る
ことができない。
本発明で提案する第1図実施例では、位置21,22、23の
いずれかに、あるいは鏡142に、位相を調整する機構を
設けることによつて、格子間隔が等しく、位相の異なる
回折格子を同一基板上に得ることが可能となる。位置2
1,22あるいは23に設けられて位相を調整する機構として
は、第2図に示す方式のものを用いることができる。即
ち、周囲の雰囲気とは屈折率が異なりかつ、少なくとも
一方の光束の光軸に垂直な面の少なくとも一部において
適当な光路差を生ぜしめる物質と設置することにより位
相変化の効果が確かめられた。
ここではその一例として、石英製の光学平行板(厚さ1c
m)の片面のうち一部にHe−Cdレーザ光(λ=3250Å)
を使つた場合は1100Åの、Arレーザ光(λ=5145Å)を
使つた場合は1700ÅのSiO2をさらにつみ、この平行板の
両面に無反射膜を塗付したものを、第1図の位置23に設
置することにより、光束の一部においてλ/2の位相差を
生じさせた場合について説明する。
試料15としてInP基板にAZ系レジスト塗布したものを用
いることにより、AZDを用いて現像を行なつた後に位相
の異なるグレーテイングをレジストパタンとして得るこ
とができた。このレジストをマスクとしてHBr:HNO3:H2O
(=1:1:30)のエツチング液を用いることでInP基板上
にこのグレーテイングを転写する。転写された位相差付
グレーテイング2〔第5図〕を有するn型InP基板1上
に液相エピタキシヤル法によりInGaAsP光ガイド層3(T
eドープ,キヤリア濃度1×1018cm-3,厚さ約0.1μm,バ
ンドギヤツプ波長1.3μm)、InGaAsP活性層4(アンド
ープ,厚さ約0.1μm,バンドギヤツプ波長1.5μm)、In
GaAsPバツフア層5(Znドープ,キヤリア濃度7×1017c
m-3,厚さ約0.1μm,バンドギヤツプ波長1.3μm)、p型
InP層6(Znドープ,キヤリア濃度7×1017cm-3,厚さ3
μm)、p型InGaAsPキヤツプ層7(Znドープ,キヤリ
ア濃度5×1018cm-3,厚さ0.4μm、バンドギヤツプ波長
1.5μm)を順次積層した後、p型電極81(Au/Cr)、n
型電極82(Au/Sn)を蒸着し、劈開した後、劈開面に無
反射膜9(SiN)を形成して第5図に示す半導体レーザ
素子を作製した。この素子は、ブラツグ波長で軸単一モ
ード動作し、位相シフトの効果が確かめられた。
なお、本発明の手法において発明の概要で述べたように
位相変化を写える物質24と試料15との距離が大きいと光
波の回折現象により、試料15面上で位相シフトパターン
のボケが生じ、効果的な位相差付グレーテイング2を形
成することができなくなる。又、試料15上に複数個のDF
Bレーザを同時に作製しようとすると、位相変化を与え
る必要がある。この時、試料15上に効率良くDFBレーザ
を作製するためには、位相変化パターンの最小寸法は40
0μm程度となり、光波の回折の影響が生じる。これら
光波の回折による位相差付グレーテイング2のパターン
ボケを取り除くためには、結像光学系を用いることが有
効である。本実施例においては、この効果を確認するた
め、位相差を生ぜしめる物質(位相板)24を位相22に設
置し、上記と同様の手法で半導体レーザ動作せず、位相
シフトの効果が確認できなかつた。そこで、本配置にお
いて鏡142と試料15との間にレンズ16を挿入し、物質24
の実像を試料15の近傍に局在させ、位相差付グレーテイ
ング2を有する半導体レーザ素子を作製した。この素子
は軸単一モード動作し、結像光学系の効果が確かめられ
た。
実施例2 光学結合系を改良した第2実施例につき第3図を用いて
説明する。ここでは、結合系として、焦点距離の等しい
(f1=f2)2枚のレンズを共焦点系に配置した。位相板
24で生じた、空間的位相差の情報が正確に試料15面上に
転写されることがレジスト上に形成した回折格子を観察
することで明らかとなつた。位相差の生じる2つの領域
の間には回折によるパターンボケすなわち遷移領域が生
じるが、第1の実施例で示した方法では、10μm程度で
あつたのに対し、本方法では、1μm程度と小さいこと
がわかつた。すなわち、遷移領域の少ない位相差はグレ
ーテイングの作成に有効であることがわかつた。
また、焦点距離の異なる2種のレンズを共焦点系に配置
してもよい。この場合には位相板24と試料面15のそれぞ
れの光軸となす角が等しくないという欠点はあるが、位
相板上のパタンと試料面上のパターンの大きさを可変に
できるという利点がある。すなわち、試料面上の微細な
位相可能パターンを、位相板の大きな位相可変パタンか
ら形成することが可能であつた。また、焦点距離の比が
4:1の場合に遷移領域はより小さく0.5μm以下となつた
ことも付加しておく。
〔発明の効果〕
上記のように、干渉露光法において、一方の光束側の一
部に光の遅延を生ぜしめることにより、干渉縞の途中に
位相変化を生じさせることができ、同一基板上に周期が
同一でその途中に位相シフトが存在する回折格子を形成
することができる。
また、位相変化を生じしめる物質を基板に接触する必要
がないため、プロセスの簡略化ができると共に凹凸のあ
る試料面上にも位相シフトが存在する回折格子を形成す
ることができる。この結果、単一モードレーザが再現性
よく得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による位相遅延型の干渉露光装置の模式
上面図、第2図は本発明実施例の位相遅延方式を示す模
式図、第3図は結合光学方式を示す模式図、第4図は従
来の干渉露光装置の模式上面図、第5図は本発明による
位相シフト型のDFBレーザの断面図、第6図は従来のDFB
レーザの断面図である。 11……レーザ光源、12……ビームスプリツタ、131,132
……ビームエキスパンダ、24……位相板。
フロントページの続き (72)発明者 有本 昭 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−156003(JP,A)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ光を少なくとも2つの光束に分割し
    た後に合波することで干渉を生ぜしめ、この干渉に応じ
    て速度あるいは性質が変化する光化学反応を利用して物
    体面上に回折格子を形成する方法において、上記分割後
    の光束中の少なくとも一光束側で光束面内の光の位相を
    面内方向に調整可能に変化させるために挿入された物質
    の少なくとも一部によって生じる回折の影響を回折格子
    を形成する物体面上で取り除くための光学系を有するこ
    とを特徴とする回折格子形成方法。
  2. 【請求項2】前記回折格子形成方法において回折の影響
    を回折格子を形成する物体面上で取り除くための光学系
    が、共焦点レンズ系で構成されたことを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の回折格子形成方法。
  3. 【請求項3】レーザ光を少なくとも2つの光束に分割し
    た後に合波することで干渉を生ぜしめ、この干渉に応じ
    て速度あるいは性質が変化する光化学反応を利用して物
    体面上に回折格子を形成する装置において、上記分割後
    の光束中の少なくとも一光束側に光束面内の光の位相を
    面内方向に調整可能に変化させる光路長可変手段と、前
    記光路長可変手段によって生じた回折の影響を回折格子
    を形成する物体面上で取り除くための光学系とを有する
    ことを特徴とする回折格子形成装置。
  4. 【請求項4】前記回折格子形成装置において回折の影響
    を回折格子を形成する物体面上で取り除くための光学系
    が、共焦点レンズ系で構成されることを特徴とする特許
    請求の範囲第3項記載の回折格子形成装置。
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